VOCs5.0 | 博士，我真不知道围殴谁（V）您真不知道活性炭！

本文从书上、规范、标准和专家的ppt里抄来一堆活性炭知识“冒充”原创，所感所悟仅聊了几句，到底想说什么？江郎才尽？还是你真的不懂活性炭？

您真不知道活性炭

书上的活性炭吸附追根溯源，看看书上的活性炭和活性炭吸附。曲格平主编上海辞书出版社1994年版《环境科学词典》里讲述：活性炭（active carbon）  具有多孔结构和对于一些气体组分和溶液中溶质具有强大吸附能力的一种无定型碳。一般每克活性炭的总表面积达500-1000m2。工业用活性炭一般为粉状或粒状，由木、竹、果壳、兽骨、褐煤等加工而成。在污染控制中可吸附净化废水中的铬、汞等重金属污染物，此外，对吸附硫化物、氟化物、硝基化合物、有机磷、染料、酚以及其他有机物效果甚好，一般多先经生物法廉价处理后再使用。缺点为再生过程繁琐，并可能造成再次污染。吸附剂（adsorbent）  能在其表面选择性的吸着所接触的气体或溶质且比表面积大的多孔物质。其吸附作用有些是分子间引力形成的物理吸附，有些是化学键力形成的化学吸附。一般常要求吸附后可以逆行解吸，以便重复利用。在环境污染物控制中常用的吸附剂有活性炭、活性硅土、离子交换树脂、活性氧化铝等。活性炭吸附（activated carbonadsorption）  利用活性炭进行吸附处理的方法。活性炭是用含碳为主的物质作原料（如煤、木材、骨头、硬果壳等）经高温碳化及活化而成，以微孔（孔径小于40×10-10m）为主，内部孔隙十分发达，比表面积达500-1700m2/g，吸附容量主要由微孔支配。利用活性炭表面微弱极性使极性溶质易于吸附，对于水中金属离子将产生离子交换或络合反应提高处理效果。活性炭的催化氧化和还原作用还可使水中金属氧化还原而被去除。活性炭吸附随温度升高而吸附量减少，pH中性时吸附量最大。活性炭吸附广泛用于给水、废水及污水处理。美P.N.切雷米西诺夫等主编、胡文龙、立大志译化学工业出版社1984年版《大气污染控制设计手册》T.E.坎农著“第十五章  活性炭吸附的应用”讲述15-1常用非再生式活性定吸附的场合、15-2适用再生式的部分溶剂、15-3  难以从活性炭中除去的溶剂。北京市环境保护科学研究所编、上海科学技术出版社1987年出版的《大气污染防治手册》：第14章  吸附法在大气污染控制中，吸附法可用于中低浓度废气净化，以及去除恶臭。其特点是废气浓度较低时，净化效率仍较高，而且性能可靠；当废气浓度较高时，可回收有用成分，但后处理较麻烦。吸附法主要用于净化有机废气。14.1吸附原理14.1.1吸附作用固体表面由于存在着未平衡的分子引力或化学键力，而使所接触的气体或溶质被吸引并保持在固体表面上，这种表面现象称为吸附。具有吸附作用的固体称为吸附剂，被吸附的物质称为吸附质。固体都有一定的吸附作用，但具有实用价值的吸附剂是比表面积较大的多孔性固体。根据吸附力不同，吸附分为物理吸附和化学吸附，其特点列于表14.1。这两类吸附往往同时存在，仅因条件不同而有主次之分，低温下以物理吸附为主，随着温度提高物理吸附减少，化学吸附增多。

吸附过程是放热过程，物理吸附时吸附热约等于吸附质的升华热，化学吸附时吸附热与化学反应热相近。吸附热能使吸附剂升温，对吸附作用有一定影响。活性炭的吸附热列于表14.2……14.1.2吸附量在一定的条件下，单位重量吸附剂所具有的吸附能力称为吸附量，通常以kg(吸附质）／kg(吸附剂）或质量百分数表示。静态下平衡吸附时的吸附量称为平衡吸附量。当吸附质和吸附剂一定时，平衡吸附量取决于吸附温度和吸附质分压或浓度……

14.1.3吸附速度吸附过程大体分为如下三个步骤：(1)吸附质通过边界层扩散到吸附剂外表面，即外扩散过程。(2)吸附质经吸附剂内孔扩散到吸附剂内表面，即内扩散过程。(3)吸附质被吸附剂内表面吸附。14.1.4吸附带在动态条件下，吸附质通过一段吸附层后即被全部吸附，这段厚度的吸附层称为吸附带……郝吉明、马广大等编著的《大气污染控制工程》教材里关于“吸附法净化气态污染物”的讲述：§7-1  吸附过程与吸附剂7-1-1吸附过程对各种气体（或蒸气）在固体表面的吸附进行的研究已经表明，吸附只发生在吸附剂表面。这是由于固体表面存在着剩余的吸引力而引起的。根据吸附剂和吸附质之间发生吸附作用的力的性质，通常将吸附分为物理吸附和化学吸附。1.物理吸附亦称范德华吸附，是由于吸附剂与吸附质分子之间的静电力或范德华引力导致物理吸附引起的。例如，当固体和气体（或蒸气）之间的分子引力大于气体分子之间的引力时，即使气体的压力低于与操作温度相对应的饱和蒸气压，气体分子也会冷凝在固体表面上。物理吸附是一种放热过程，其放热量相当于被吸附气体的升华热，一般为20kJImol左右。这种物理吸附过程是可逆的，当系统的温度升高或被吸附气体的压力降低时，被吸附的气体将从固体表面逸出，而并不改变吸附剂与吸附质分子原来的性状。在低压下，物理吸附一般是单分子层吸附，当吸附质的气压增大时，也会变成多分子层吸附。2.化学吸附亦称活性吸附，是由于吸附剂表面与吸附质分子间的化学反应力导致化学吸附。它涉及分子中化学键的破坏和重新结合。因此，化学吸附过程的吸附热较物理吸附过程大，其数量相当于化学反应热，一般为84—417kJ/mol。化学吸附的速率随温度升高而显著增加，宜在较高温度下进行。化学吸附有很强的选择性，仅能吸附参与化学反应的某些气体，且吸附是不可逆过程。从吸附层厚度来看，化学吸附总是单分子层或单原子层吸附。应当指出，物理吸附与化学吸附之间没有严格的界限，同一物质在较低温度下可能发生物理吸附，而在较高温度下往往是化学吸附。

工业上广泛应用的吸附剂主要有四种：活性炭、活性氧化铝、硅胶和沸石分子筛。(1)活性炭由各种含炭物质在低温下(<773K)炭化，接着在高温下因蒸汽活化而得。氯化锌，氯化锰，氯化钙和磷酸等可用来代替蒸汽作活化剂。活性炭的主要成分是碳，国产可用于空气净化的活性炭主要以“木炭粉+煤粉+煤焦油”为原料低温碳化后用水蒸气活化，操作温度上限150℃，活性炭常被用来吸附净化尾气中的有机蒸气恶臭物质和某些其它有害气体。固定床吸附器运行与设计中的一些概念为：①吸附负荷曲线；②穿透和穿透时间；③饱和时间和饱和度；④透过曲线；⑤传质区高度等。吴忠标编著、化学工业出版社2002年版《大气污染控制技术》P32-34：用于净化空气污染物的吸附剂包括活性炭、铝矾土和硅胶。其中活性炭是最常用的 吸附剂。几 种常见吸附剂的物理性质见表1-3，不同活性炭的性质见 表1-4。

(1)活性炭借助于特殊的处理过程，将普通的吸附剂材料的内、外表面积增加，这就是活化过程。任何的碳材料都可以生产活性炭，像椰子壳、骨头、木材、煤炭、石油焦炭及木质素等。但大部分的工业用活性炭均采用烟煤制造。根据不同的原料，活性炭生产一般经过加压、炭化、破碎和活化等几个工序，活化过程在一个受控的氧化步骤下完成。在这个步骤中，在氧化气体存在下加热碳质物料，除去全部挥发性物质，经药品（如ZnCl2等）或水蒸气活化，制成多孔性碳素结构的吸附剂。其孔径分布为：碳分子筛在1nm以下，活性焦炭在2nm以下，活性炭在5nm以下。测定活性炭的气相特征的方法很多，四氯化碳值(gCCl4/100g碳）和碘值(gI2/100g碳）用于表示活性炭的吸附能力，活性炭的表面积可通过等温数据和被单分子吸附质层所占据的平均面积来计算，活性炭的多孔体积可用正丁烧快速测定法。为了减少吸附床层中的压降，可以采用粒状或柱状的活性炭典型的粒状活性炭的粒径约在3-5mm，相当于泰勒标准筛目的3-5目左右。为了减少活性炭在床层中的磨损，避免小微粒的生成而导致床层阻力加大，应使用硬度大的活性炭。将活性炭放在14目的筛网上和钢球一起震动30min，筛网上保留下来活性炭的重量百分数即为硬度。在固定床活性炭吸附中，硬度至少要达到50%才行。李守信 主编化学工业出版社2017年版《挥发性有机物污染控制工程》常用工业吸附剂详解-活性炭（点击查看北极星VOCs在线）。

标准规范上的活性炭中华人民共和国林业行业标准《木质活性炭术语》LY/T  1615-2004定义：活性炭  activated  carbon 采用各种能促进吸附性能的工艺制成的含碳物质总称。中华人民共和国国家标准《回收溶剂用煤质颗粒活性炭》（GB/T 7701. 2-2008）适用于回收苯、甲苯、二甲苯、醚、乙醇、汽油、三氯甲烷、四氯化碳等有机溶剂用的煤质颗粒活性炭。中华人民共和国国家标准《脱硫脱硝用煤质颗粒活性炭》GBT 30201-2013 适用于脱除工业尾气、烟气中二氧化硫和氮氧化物的活性焦。中华人民共和国国家环境保护标准《吸附法工业有机废气治理工程技术规范》（HJ 2026-2013）3 术语和定义：活性炭纤维毡（activatedcarbon fiber felt） 指利用粘胶、聚丙烯腈或沥青纤维等加工的纤维毡经过炭化、活化后所制备的多孔材料。蜂窝活性炭（honeycomb-typeactivatedcarbon）指把粉末状活性炭、水溶性粘合剂、润滑剂和水等经过配料、捏合后挤出成型，再经过干燥、炭化、活化后制成的蜂窝状吸附材料。标准要求煤质颗粒炭、蜂窝炭、炭纤维毡、蜂窝分子筛的BET比表面积分别不小于1200、750m、1100和350m2/g。团体标准T/CAEPI34—2021《固定床蜂窝状活性炭吸附浓缩装置技术要求》蜂窝状活性炭 honeycomb activated carbon粉末状活性炭经过加工成型后制成的蜂窝状吸附材料。适用条件：进入浓缩装置的废气中①挥发性有机物浓度宜低于300mg/m3；②颗粒物浓度应低于1mg/m3；③温度应低于40℃；④相对湿度宜低于70%；⑤不适用于处理含苯乙烯、丙烯酸、环己酮、有机酸类等易发生聚合、氧化、水解等反应成分的废气。使用条件：①活性炭层的厚度宜大于500mm；②表观气速宜低于1.2m/s；③进气挥发性有机物浓度大于100mg/m3时，浓缩装置的净化效率宜高于85%；④蜂窝状活性炭的BET比表面积不应低于650m2/g；⑤蜂窝状活性炭的横向强度不应低于0.3MPa，纵向强度不应低于0.8MPa；⑥浓缩装置的压力损失宜低于600Pa；⑦运行时浓缩装置外表面温度不应高于60℃；⑧脱附温度不宜高于120℃；⑨脱附气体中挥发性有机物浓度不应超过爆炸极限下限的25%。

专家眼中的活性炭《关于加快解决当前挥发性有机物治理突出问题的通知》（环大气〔2021〕65 号）解读”课件第43张ppt：采用活性炭吸附工艺的企业，选择符合相关产品质量标准的活性炭，并足额充填、及时更换。采用颗粒活性炭，碘值不宜低于800mg/g;采用蜂窝活性炭，碘值不宜低于650mg/g;采用活性炭纤维的，比表面积应不低于1100m2/g(BET法）。一次性活性炭吸附工艺宜采用颗粒活性炭作为吸附剂。活性炭、活性炭纤维产品销售时应提供产品质量证明材料。

北极星VOCs在线 “《VOCS 无组织排放控制标准 （GB 37822-2019）》解读”（PPT图片）

华南理工大学叶代启院长《挥发性有机物（VOCs）治理技术》中ppt图片：

末端技术发展历程也与发达国家及地区类似，正从不更换不活化吸附剂的简单吸附技术、直接燃烧技术、光催化技术、非热等离子体技术等五花八门的低效率技术向高效的吸附技术与燃烧技术及其组合技术集中。

常见分子运动直径一些长期积累的常见吸附质运动分子直径或分子结构尺寸数据（这些数据大部分来源于国外发表的活性炭论文），目的是为本行业技术人员提供一些应用技术依据（本人不负责这些数据的精确性）。以下数据的单位均为纳米。https://wenku.baidu.com/view/e4453c17aaea998fcc220ecb.html

1摩尔有6.02214076×10²³个分子，占22.4升（0℃、1atm），即1升空间有2688亿亿个气体分子，活性炭的“微孔”会不会太大了，“束缚”不住气体分子？活性炭吸附气体分子会不会仅仅是个愿望——一个根本无法实现的美好愿望？

市面上的活性炭市面上活性炭各种各样，鱼目混杂。按形状：粉末活性炭PAC、颗粒活性炭、柱状活性炭、蜂窝活性炭、活性炭毡/棉；按原料：木质活性炭、煤质活性炭、活性炭毡；

官方宣传的优质活性炭国家大气污染防治攻关联合中心 公众号文章《科普长图 | 吸附法去除VOCs，活性炭你了解多少？》讲述：活性炭的种类很多，和很多别的商品一样，我们的质量也有优劣之分。通常可通过看、称、试和测来判断我们的质量。工业废气处理中，要使用优质的活性炭才能更好地处理废气中的VOCs。如何判断优质活性炭看：形状短且笔直，呈墨黑色的为优质炭；形状偏长且弯曲，颜色偏灰，甚至有锈色为劣质炭。称：在同一容器内，装满不敲实，质量更轻的为优质炭；反之则为劣质炭。试：放入清水后，优质炭会排出细小气泡，且呈细线状，同时炭粒如泡茶一样，上下浮动，并发出持续的“嘶嘶”声；劣质炭则下沉速度快，不连续，持续时间相对较短，甚至没有气泡和“嘶嘶”声。测：采用颗粒活性炭时，其碘值不宜低于800mg/g；采用蜂窝活性炭时，其碘值不宜低于650mg/g；比表面积不宜低于750m2/g（BET法）；采用活性炭纤维时，其比表面积不宜低于(BET法）1100m2/g。

环保工程师眼中的活性炭十年前环境工程上用于废气净化的活性炭多为煤质柱状活性炭，25kg袋装，到货价一吨2000元以上，现在3000元以上，散堆厚度250-300mm，过流速度0.2-0.6m/s，阻力1000Pa以上。后来也有旁站式的（气流不穿过活性炭层）。现在多使用蜂窝活性炭，100×100×100mm蜂窝活性炭3-5元一块，气流穿过活性炭层，单层或多层，多层之间需要一定间距。果壳/椰壳木质活性炭质量好，价格高，用在一些特殊场合。活性炭毡/棉，或许更假。博导叶代启教授说：进气要求颗粒物小于1mg/m3、低温、相对湿度低于40%，谁能做得到呢？中华人民共和国国家标准GB/T 7702. 2-2008《煤质颗粒活性炭试验方法》分为20项：

这些参数，基本都是在水中测得的。把水中测定的指标直接拿来用在气上，验证过吗？有任何参考价值吗？水和气是完全不同的环境哦！蜂窝活性炭是把粉末状活性炭、水溶性粘合剂、润滑剂和水等经过配料、捏合后挤出成型，再经过干燥、炭化、活化后制成的蜂窝状吸附材料。粉末活性炭拌和粘合剂润滑剂会不会封闭“微孔”？挤压成型会不会降低比表面积和孔容积？活性炭纤维毡是利用粘胶、聚丙烯腈或沥青纤维等加工的纤维毡经过炭化、活化后所制备的多孔材料。

靠不住的吸附经过无数次“成功”和“失败”后，环保工程师也不淡定了，竟然“备家家”做起了“试验研究”，有人在1L的烧杯底部倒下稀释剂“天那水”，在放点杂物架起放一块称过重的50×50×100mm优质蜂窝活性炭，然后封起烧杯口，半天一天后，取出活性炭，再用“口袋秤”称重，哇！不得了，吸附了15%，很好！吸附容量与进排气浓度有关，最大静态吸附容量不大。掌握一手数据了，很有成就感。

可是，口袋秤不争气，读数一直在降，定不下来，这就尴尬了——① 优质蜂窝活性炭，在高浓度有机废气的静态吸附饱和量最大约15%；② 吸附饱和的活性炭，在低VOCs环境会释放所吸附的VOCs；试想一下：工业生产上，低浓度VOCs的吸附容量是多少？0.15%？5%？10%？15%？不得而知。吸附以后，生产间歇，或者“先开后停”的时候，吸附了的VOCs会不会再释放跑出来？工程实践上，活性炭吸附，除了粉尘（干）和发霉（湿），没有发现有吸附效果的活性炭，任何时候都遇不到。除了添堵、耗能，活性炭吸附没有任何意义。或者说，活性炭对“溶剂型”(正经的VOCs )吸附效果可忽略不计！

德不配位 何以久长？！做人也是一样！

不敢多想的活性炭吸附理想很丰满，现实很骨感！抛一砖砸一下走火入魔的作者，让作者清醒一下。本文很奇葩。仅仅从书上、规范、标准和专家的ppt里抄来一堆活性炭知识“冒充”原创，所感所悟聊了几句，支支吾吾到底想说什么？借你一个狗胆，免你不死，大胆说吧，你真的不懂活性炭？觉得、好像、似乎、应该、可能、大概、也许、近似、不确定、如果、兴许、未必、估计、八成、或许、约摸、不一定、大约、貌似、宛如、仿佛、莫非、近乎、犹是、没准……废气吸附理论没准不存在或者说：吸附理论在废气净化工程上不好用或者说：你家叔叔于勒，其实是个流浪汉或者说……够了！小小工程师，不要胡思乱想胡说八道下去！压到五指山下去……